Откуда берется золото? Нейтронные звезды создают его медленнее, чем считалось

Золото, платина и уран — одни из самых тяжелых элементов во Вселенной. Примерно половина элементов тяжелее железа образуется в результате быстрого захвата нейтронов, известного как r-процесс. Этот процесс происходит при экстремальных условиях, в том числе при столкновении двух нейтронных звезд. Именно там атомные ядра бомбардируются нейтронами с огромной скоростью, что позволяет формировать все более тяжелые элементы. Об этом сообщает издание Phys.org.

Одна из главных проблем для ученых заключается в том, что многие из задействованных ядер чрезвычайно богаты нейтронами и не могут быть изучены экспериментально. Поэтому исследователи полагаются на теоретические модели, чьи прогнозы часто расходятся. Некоторые экзотические ядра можно получить на установках вроде GSI/FAIR, но многие остаются за пределами экспериментальных возможностей.

Команда из Технического университета Дармштадта впервые применила подход ab initio для расчета масс 70 ключевых ядер в области магического числа нейтронов N = 82. Используя метод VS-IMSRG, Такаюки Мияги и Ахим Швенк определили свойства этих ядер, которые играют решающую роль в формировании второго пика r-процесса — характерного накопления тяжелых элементов, наблюдаемого во Вселенной.

Расчеты показали, что новые массы замедляют поток материи через r-процесс сильнее, чем предсказывали предыдущие модели. В результате материя накапливается дольше в определенной области ядерной карты, прежде чем синтез еще более тяжелых элементов может продолжиться. «Даже относительно небольшие изменения ядерных масс могут существенно повлиять на прогнозируемое количество тяжелых элементов во Вселенной», — говорит Ян Куске, первый автор исследования.

Новые результаты предсказывают более выраженный второй пик r-процесса и сдвиг третьего пика. Это дает свежий взгляд на то, как золото, платина и другие тяжелые элементы образуются после столкновения нейтронных звезд. Исследователи подчеркивают, что многие ядра останутся труднодоступными даже для ускорителей следующего поколения, поэтому точные теоретические методы становятся все более важными. Работа опубликована в Physical Review Letters.